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Des sons qui secouent la Terre : savez-vous ce qui cause le bruit sismique ?
En géophysique, en géologie et dans les domaines connexes tels que le génie civil, le bruit sismique fait référence à des vibrations du sol relativement durables causées par diverses raisons. De telles vibrations sont souvent considérées comme des composants non interprétables ou indésirables de l’enregistrement du signal. L'origine physique du bruit sismique provient principalement de sources situées à la surface ou à proximité de la surface et se compose presque entièrement d'ondes de surface élastiques.
Les ondes à basse fréquence (inférieures à 1 Hz) sont souvent appelées microséismes, tandis que les ondes à haute fréquence (supérieures à 1 Hz) sont appelées picoséismes.
Les principales sources d’ondes sismiques comprennent les activités humaines (comme le trafic ou l’activité industrielle), le vent et d’autres phénomènes atmosphériques, les rivières et les vagues de l’océan. Le bruit sismique concerne tous les domaines scientifiques qui s’appuient sur la sismologie, notamment la géologie, l’exploration pétrolière, l’hydrologie, ainsi que l’ingénierie sismique et la surveillance de la santé des structures.
Ce bruit perturbe souvent les activités sensibles aux vibrations externes, telles que la surveillance et la recherche sur les tremblements de terre, le fraisage de précision, les télescopes, la détection des ondes gravitationnelles et la croissance des cristaux. Cependant, le bruit sismique a également des utilisations pratiques, telles que la détermination des propriétés dynamiques à faible déformation et variables dans le temps des structures de génie civil (telles que les ponts, les bâtiments et les barrages) ; la réalisation d'études sismiques de structures souterraines de différentes tailles, souvent à l'aide de mesures sismiques. interférométrie et la surveillance environnementale, comme dans la sismologie fluviale.
Sources de bruit sismique
Des études sur les origines du bruit sismique ont montré que la partie basse fréquence du spectre (en dessous de 1 Hz) provient principalement de causes naturelles, principalement l’impact des vagues de l’océan. En particulier, le pic observé à l’échelle mondiale entre 0,1 et 0,3 Hz est clairement lié à l’interaction d’ondes d’eau de même fréquence. Dans la partie haute fréquence (au-dessus de 1 Hz), le bruit sismique est principalement causé par les activités humaines telles que le trafic routier et les travaux industriels ; mais des sources naturelles telles que les rivières peuvent également contribuer à cet effet.
Au-dessus de 1 Hz, le vent et d’autres phénomènes atmosphériques peuvent également être des sources importantes de vibrations du sol.
Par exemple, au Cameroun, les « tremblements de pieds » provoqués par les coups de pied des supporters de football font partie des activités non anthropiques observées pendant les périodes de faible activité sismique. Autour de Bonny Bay, dans le golfe de Guinée, des pulsations apparaissent toutes les 26 à 28 secondes, considérées comme des reflets des courants sous-jacents des rapides, signe de la puissance des vagues.
Caractéristiques physiques du bruit sismique
L'amplitude des vibrations du bruit sismique est généralement comprise entre 0,1 et 10 μm/s. Le modèle de bruit de fond évalué globalement présente des caractéristiques dépendantes de la fréquence. Le bruit sismique comprend une petite quantité d'ondes de volume (ondes P et S), mais les ondes de surface (ondes de Love et de Rayleigh) sont les principales composantes car elles sont préférentiellement excitées par les processus géothermiques. Ces ondes sont diffusées, ce qui signifie que leur vitesse de phase varie avec la fréquence (en général, elle diminue lorsque la fréquence augmente).
Étant donné que la courbe de dispersion (fonction de fréquence de la vitesse de phase ou de la paresse, etc.) relie la variation de la vitesse de l'onde de cisaillement à la profondeur, elle peut être utilisée comme un outil non intrusif pour déterminer la structure sismique du sous-sol.
Histoire du bruit sismique
Dans des conditions normales, le bruit sismique a une très faible amplitude et n'est pas perceptible par les humains, et ne pouvait pas être enregistré sur la plupart des premiers sismographes de la fin du XIXe siècle. Cependant, au début du XXe siècle, le sismologue japonais Ōmori Fumiyoshi a pu enregistrer les vibrations ambiantes dans les bâtiments et déterminer la fréquence de résonance du bâtiment. Le bruit sismique global de 30 à 5 secondes a été reconnu comme étant causé par l'océan très tôt dans l'histoire de la sismologie, et une théorie complète a été publiée par Longuet-Higgins en 1950.
Applications actuelles du bruit sismique
Avec les progrès de la science et de la technologie, en particulier avec l’essor de l’interférométrie sismique depuis les années 1990, l’application du bruit sismique a continué de se développer. Par exemple, en utilisant l’analyse des vibrations ambiantes et des champs d’ondes sismiques aléatoires, les scientifiques peuvent caractériser les structures souterraines à l’aide de spectres de puissance, d’analyses de pics H/V, de courbes de dispersion et de fonctions d’autocorrélation. La méthode de la station unique et la méthode du réseau ont sans aucun doute apporté de nouvelles perspectives à la sismologie.
Enfin, le bruit sismique est également considéré comme un indicateur indirect du développement économique, reflétant les changements dans les activités humaines.
Avec l’impact de l’épidémie de COVID-19, la réduction des activités humaines a considérablement réduit le bruit sismique, devenant une fenêtre unique pour observer l’environnement extérieur. À l’avenir, à mesure que notre compréhension du bruit sismique s’approfondira, serons-nous en mesure de découvrir davantage de mystères des phénomènes naturels ?
